유기발광소자 발광효율 3배이상 높아진다

국제공동연구팀, 기존 5%에서 17.8%로 발광효율 높여

▲극성용매를 이용한 나노구조의 역구조 고분자 유기발광소자 및 외부양자효율.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]차세대 디스플레이와 조명 등의 광원으로 주목받고 있는 고분자 유기발광소자의 효율과 안정성을 극복할 수 있는 기술이 개발됐다. 간단하고 효과적인 계면조절을 통해 발광효율을 3배 이상 높였다.

고분자 유기발광소자(Polymer Light-Emitting Diodes)는 공액고분자를 발광체로 사용해 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 소자를 말한다. 제작비용이 적고 형태와 무게 등 제약이 적어 조명이나 디스플레이에 쓰일 수 있는 차세대 발광소자로 주목받고 있다. 문제는 고분자 유기발광소자에 사용되는 고분자 형광 발광물질은 낮은 발광효율과 불안정성이었다.

국제공동연구팀은 고분자의 낮은 발광효율을 높이기 위해 처리 온도에 따라 자발적으로 형성되는 물결 모양(Ripple-shaped)의 나노구조 산화아연(ZnO-R)을 사용해 고효율 유기발광다이오드를 개발했다. 그 결과 발광효율이 17.8%로 기존 보고된 이론값이 5%인 것에 비해 3배 이상 향상된 것으로 나타났다.

물결모양의 나노구조 산화아연을 이용해 기존의 평평한 층 대비 광추출효율을 향상시키고 극성용매를 이용해 전자 수송층과 발광층 사이의 에너지 차이를 줄여 전자주입이 원활하도록 한 데 따른 것이다. 전자수송층은 음극에서 주입된 전자가 발광층으로 효율적으로 보내주는 층을 말한다.

이번 기술은 대면적화가 가능하고 플렉서블 유기기반 광전자소자로적용이 가능해 앞으로 유기발광소자의 효율 향상뿐만 아니라 조명으로 이용할 수 있는 유기발광소자와 유기다이오드 레이저분야 상용화에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.

울산과학기술대(UNIST) 송명훈 교수(신소재공학부)와 이보람 석· 박 통합과정 연구원(제1저자)이 주도하고, 전자부품연구원, 한국과학기술원, 충남대 및 영국 캠브리지대(University of Cambridge), 임페리얼 컬리지(Imperial College London)가 공동 연구했다. 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 이뤄졌다. 연구결과는 자연과학 분야 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 온라인판 9월10일자(논문제목 : Highly efficient inverted polymer light-emitting diodes using surface modifications of ZnO laye)에 실렸다.

송 교수는 "조명과 디스플레이용 저전력, 친환경 광원 개발의 필요성이 급증하는 가운데 고분자 유기발광소자의 발광효율과 안정성을 향상시켜 상용화에 큰 도움을 줄 것"이라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr